Login
Main menu

Ultra-malen i Ultra–brz Elektro-optički Modulator

Zahvaljujući optičkom signalu, e-pošta i ostali podaci mogu se ultra brzo prenositi širom svijeta. Ali ubrzati se može i razmjena digitalnih informacija između elektronskih čipova te povećati njihova energetska učinkovitost pomoću optičkih signala. To će zahtijevati promjene dosadašnjih komunikacijskih  metoda između elektroničkih komponenta tako da se prebace s električnih ka optičkim signalima. U časopisu "Nature Photonics" znanstvenici predstavljaju uređaj veličine od svega 29 µm, koji konvertira signale brzinom od oko 40 gigabita u sekundi. To je dosada najkompaktniji ultra brzi fazni modulator na svijetu.

2014 023 Nature - kleinster elektrooptischer Wandler der Welt-s

 

 

Zbog primjenjenog napona, snop svjetlosti (gore lijevo) je moduliran digitalnim bitovima (dolje desno) iz pretvarača (žuto). Električni signal pretvoren je u optički signal. (Grafika: A. Melikyan / KIT)

 

"Pretvorba električnih u optičke signale sve je bliža implementaciji u procesore, " kaže Juerg Leuthold. Juerg Leuthold vodio je istraživački projekt na institutu "Karlsruhe Institute of Technology" te je u međuvremenu preselio na ETH Zürich. "Kao rezultat našeg istraživanja uvelike se dobija na brzini prijenosa podataka, a gubici u vodičima se mogu spriječiti. To bi moglo smanjiti potrošnju energije za rastuću informacijsku tehnologiju."

Elektro-optički pretvarač sastoji se od dvije paralelne zlatne elektrode veličine od oko 29 µm, što iznosi jednu trećinu promjera vlasi ljudske kose. Elektrode su razmaknute 0,1 µm a napon na elektrodama sinkroniziran je sa digitalnim podacima. Prostor između elektroda ispunjen je sa elektro-optičkim polimerom čiji se indeks refrakcije mijenja kao funkcija primijenjenog napona. Kontinuiranom snopu svjetlosti koji dolazi svijetlovodom od silicija u procjepu dviju elektroda pobuđuju se površinski elektromagnetski valovi, tzv površinski plazmoni (surface plasmons - SP), Argishti Melikyan sa KIT-a (Karlsruhe Institute of Technology), prvi autor publikacije objašnjava: "Kao rezultat primjenjenog napona na polimer, faza SP-a je modulirana. Na kraju uređaja moduliran SP izlazi u silicijski svijetlovod u obliku modulirane zrake svjetlosti  te su tako bitovi podataka ukodirani u fazi svjetla."

Njihovi nedavni rezultati pokazali su da je elektro-optički modulator pouzdano pretvarao protoke podataka od oko 40 gigabita u sekundi koristeći infracrvenu svjetlost od 1480 do 1600 nanometara valne duljine, koje se obično koriste u širokopojasnim mrežama od optičkih vlakana. Čak i temperature od 85 °C ne uzrokuju nikakve kvarove u radu. Predstavljeni uređaj je najkompaktniji ultra-brzi fazni modulator na svijetu. Može se proizvoditi dobro poznatim postupcima izrade CMOS-a tako da je i integracija u trenutne procesorske arhitekture lako moguća. "Uređaj kombinira mnoge prednosti drugih sustava, kao što su velika brzina modulacije, kompaktnog je dizajna i energetske učinkovitosti. U budućnosti bi se Plasmonic uređaji mogli koristiti za obradu signala u teraherc rasponima", kaže Christian Koos, glasnogovornik KIT-ovog Helmholtz International Research School of Teratronics (HIRST), koji je fokusiran na spajanju fotonske i elektronske tehnike za obradu signala velikih brzina. "Stotine Plasmonic modulatora moglo bi stati na čip tako da bi se postigle brzine prijenosa podataka u terabitskom rasponu po sekundi."

Trenutno informacijski i komunikacijski sustavi troše oko 10 posto električne energije u Njemačkoj, najvećem proizvođaču i izvozniku električne energije u Evropi. To uključuje osobna računala i pametne telefone malih korisnika a isto tako i serverske farme u velikim računalnim centrima. Kako podatkovni promet raste eksponencijalno, novi pristupi i inovacije su potrebne kako bi se povećao kapacitet takvih sustava ali i smanjila potrošnja energije u isto vrijeme. Plasmonic komponente mogu biti od presudne važnosti u tom pogledu.

Ovaj članak je dio projekta Europske unije NAVOLCHI, Nano Scale Disruptive Silicon-Plasmonic Platform for Chip-to-Chip Interconnection. Projekt je usmjeren ka korištenju i interakciji svjetlosti i elektrona na metalnim površinama za razvoj novih komponenti za prijenos podataka između čipova. "Uobičajen električni chip-to-chip prijenos podataka dosegao je svoje granice", rekao jedanas koordinator projekta Manfred Kohl , sa KIT-a. "NAVOLCHI će savladati ova ograničenja koristeći optičku tehnologiju." Program se financira u sklopu "7th Research Framework Programme of the EU", sa proračunom od 3,4 milijuna eura.
Izvor: www.kit.edu